《粉体工程》研究性教学探索与实践

陈远道 周诗彪 左成钢 李琳 肖安国

【摘要】《粉体工程》是材料科学与工程专业的一门基础课程。通过该课程教学现状的分析和对研究性教学的内涵及理论依据的探索，在课程教学中选择部分教学内容采用基于PBL的教学、案例教学、实地考察等方法进行了研究性教学的实践，取得较好的效果。

【关键词】粉体工程 研究性教学 实践

【基金项目】湖南省教育厅教改项目[湘教通（2013）223号]，湖南省“十二五”重点建设学科（应用化学）资助[湘教通（2011）76号]，湖南文理学院教改项目（JGZD1306）（JGYB1315）。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）12-0219-02

粉体工程在新材料研制和开发中日益突出的地位和作用已受到高度重视，许多高校相继开设了材料科学与工程专业，而《粉体工程》课程也成为该专业无机非金属材料方向的一门主干课程，并且还是一门交叉性、应用性很强的技术基础课，因此，该门课程的学习对于工科材料专业的本科生来说至关重要。

一、《粉体工程》课程教学现状

粉体工程主要研究粉体技术体系中一些带有共性的基础问题，课程主要讲授粉体的性能、制备工艺、表征方法，介绍粉体加工与处理设备、工艺及有关计算的方法。本课程涉及理论力学、材料力学、材料科学基础等多方面内容，概念复杂，理论抽象，学生常感到教学内容枯燥、乏味。为了激发学生的学习兴趣，提高课堂教学的效率，本课程的教学也经历了一系列改革，例如，从单纯的黑板手写、教师讲解到计算机多媒体教学[1]，教学方法得到了很大的进步，也取得了一定的教学效果[2]，但是授课的方式依然是“教师讲，学生听”的填鸭式教学，这对大学生创新能力的培养无疑是一种阻碍。然而，在课程教学中开发大学生的创新潜能，提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。创新型应用人才的培养的重要途径，传统的教学方式无法满足这一要求，因此课程教学方法需要做出新的尝试。作为有效引导学生主动探究，培养学生创新实践能力的教学方式，研究性教学在高校的应用越来越受到关注。许多高校都在积极开展课堂研究性教学，而《粉体工程》课程中进行研究性教学是一种新的尝试和教学改革。

二、研究性教学的内涵及理论依据

1.研究性教学的内涵

研究性教学是近年来我国教育科研领域出现的一个新名词，它源于对基础教育阶段的教育教学改革的思考。中外教育学家对研究性教学的界定各不相同，但从各种不同的定义中可以得到研究性教学的要点在于培养学生的问题意识，科学探索的精神和创新实践能力[3]。它重视学生对知识的建构过程，关注学生在学习中的情感体验，注重学生创新能力的提高，强调学生在教学活动中的参与性和互动性。而对于一门具体的课程而言，研究性教学应该是针对高素质人才培养的目标，调动一切因素培养全面发展的人的教育思想，通过具体的教学活动使科学研究要素与教育教学需求相互渗透，彼此促进，从而将课程教学的具体目标与培养高素质人才的最终目标融为一体的教学方法。

2.研究性教学的理论依据

（1）心理学基础

认知结构理论、人本主义理论和建构主义理论的学习观为研究性教學提供了坚实的理论依据。认知结构理论的发现学习观认为学生在教师的指导下，通过自己的探索和学习，“发现”事物的变化的因果关系及其内在联系，形成概念获得原理的过程中，能体验到“发现”知识的兴奋感和完成任务的自信心，激发了学生学习的内在动机[3]。人本主义理论学习观则认为学习的实质在于意义学习，指学习者所作出的一种自主、自觉的学习，要求学习者能够在相当大的范围内进行选择材料，并安排适合于自己的学习。学生通过实际参加学习活动进行自我发现，自我评价和自我创造，从而获得有价值的经验。建构主义学习观认为学习不是学生被动地接受外在信息，而是根据自己的经验世界主动建构知识的意义的过程。三大理论的学习观都认为学习是学习者积极探索，自主建构的过程，传统的填鸭式教学无法满足学生创新精神的培养，而研究性教学可以使学生在教师引导下发现问题、自主学习，建构认知结构，从而培养他们的创新实践能力。

（2）基于培养目标的理论依据

我院属于地方本科院校，人才培养的目标定位为应用型人才。培养根据人才分类理论，应用型人才大致分为工程型、技术型、技能型三大类人才。技能型人才指的是在生产第一线或工作现场通过实际操作将图纸、计划、方案等转变成具体产品的人才，高职院校培养的就属于技能型人才，而对于地方理工院校来说，所培养的应该是工程型和技术型的应用人才。随着高等教育的大众化得快速发展，地方本科院校在人才培养目标的定位上需要有明确的新趋势，否则将会造成培养的毕业生既没有研究型大学毕业生的学术理论功底，也没有高职院校毕业生的实践能力。同时，随着我国产业结构的升级发展，高新技术企业的技术结构已发生很大变化，对工程型和技术型人才的智能水平和创新能力也提出了越来越高的要求。要求本科层次的技术人才不仅是技术应用者，还是技术创新者，需要他们具有技术革新的意识和技术转化能力，能够敏锐地发现现有的和潜在的技术问题，熟练地运用各种知识和技能解决技术实际问题。这就需要在本科教学中培养学生创新的意识、思维及能力，使他们具备一定的科学素养和科学精神。

三、《粉体工程》课程研究性教学实践

1.基于PBL的教学

PBL代表基于问题的学习（Problem-Based Learning）和基于项目驱动的学习（Project-Based Learning）两层含义。

基于问题的学习是把学习设置到复杂的、有意义的问题情景中，通过学习者的合作来解决真正的问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，进而解决问题。例如，在讲授粉尘的危害与防护的时候，首先，根据出现的粉尘爆炸事物的案例设置问题：粉尘爆炸的机理与条件是什么？第二步，学生分组搜集资料、进行讨论，在这个环节，学生的学习积极性充分调动起来，有的学生利用多媒体动画来说明粉尘爆炸的机理，而有的学生则通过利用纯净水桶、面粉、鼓风机等材料设计并完成实验来反映爆炸的机理。第三步，各讨论小组通过小组内部讨论和小组间的交流对粉尘爆炸的机理和条件进行总结，对知识进行归纳。第四步，教师再通过讲解把知识进行梳理。通过从生活和生产的实际设置问题，激发了学生的学习兴趣，在学习的过程中学生自主的搜集资料，主动探索知识，建构了对“粉尘的爆炸机理”的认知结构，同时也培养了他们的实践能力[4、5、7]。

基于项目驱动的学习，是以实践应用为根本目标，学生为主体，教师为主导，围绕具体的项目构建教学内容体系。在具体的课程教学中，首先是把学生分成不同的学习小组，其次根据课程的教学内容构建适合学生研究的的项目，然后由各学习小组组织学习[6]。根据粉体工程课程的特点和学习内容，构建了“基于低能耗的水泥粉磨工艺研究”，“半水石膏的制备”等项目。学生在项目的驱动下，小组成员合作，通过查找资料、走访调查、实验操作等等手段按需学习。例如在对“基于低能耗的水泥粉磨工艺研究”项目的学习中学生从粉磨方式、磨机产质量的影响因素等方面对水泥粉磨工艺进行了分析，不同的学习小组选择不同的粉磨方式在考虑各种各种影响磨机产质量的影响因素如磨机是否通风、入磨物料的粒度、温度、水分等的基础上设计了低能耗的粉磨生产工艺。在课堂上各小组展示自己设计的生产工艺，并说明优缺点，全班同学一起讨论交流。而在“半水石膏的制备”的项目完成过程中学生是通过动手制备产品，从而对破碎、粉磨、筛分等过程的基本原理更加深入的了解，对基本操作加以熟悉，从而掌握课程的基本内容。

2.基于案例的教学

案例教学法是一种教师与学生直接参与，共同对具体案例或疑难问题进行讨论的教学方法。在研究性教学中，案例教学也是一种非常重要和常用的教学组织形式。例如，在课程教学中突破章节的局限，引入了超细碳酸钙粉体的生产的案例，通过对湿法超细碳酸钙生产工艺的分析，从破碎、粉磨、超细研磨、分级、干燥等工艺流程各种设备的使用着手和学生共同讨论了粉碎、分级、分离等粉体工程中重要过程所使用的机械的工作原理及优缺点。而湿法对于这些过程的基本原理则由老师讲解和学生自主讲解的形式呈现。学生自主讲解指的是由学生扮演教师对角色讲解部分的教学内容，如筛分的机理及影响因素、干法超细分级等等相对而言比较简单的内容[6、7]。

3.实地参观

粉体工程课程涉及许多机械的工作原理的教学，虽然可以使用多媒体课件帮助学生理解工作的原理，但还是与实际相脱节。组织学生对粉体加工工厂实地参观考察可以很好的把所学的理论用于实践，例如组织学生参观了碎石加工厂，石膏加工厂、以及水泥厂，并在参观完后对相应的机械能绘制出工作原理草图。从而加深学生对这些机械工作原理的理解。

四、结束语

《粉体工程》研究性教学已经进行了两年，通过对学生的走访调查，大部分学生对实施研究性教学的学习内容印象深刻，也表示学到了很多课外的知识，并感到对粉体工程的学习并不枯燥。通过研究性教学，我们发现部分学生的创新实践能力得到了明显的提高，初步具备了科学探究的精神。由此可见，研究性教学的实施对学生创新实践能力的培养起到了积极作用。然而，研究性教学仅仅是提高学生创新能力的途径之一，要想真正提高学生的科学素养，还需要结合多种教学方法。另外对粉体工程实验课程的研究性教学也将是我们探索的方向。

参考文献：

[1]王向宇.粉体工程多媒体课件的教学设计与实践探讨[J]. 化工高等教育，2012.4：87-89

[2]王德强.“粉体工程”课程与多媒体教学[J].中国电力教育，2011.1：92-93

[3]路慧.理工类研究型大学开展研究性教学实践探索与模式建构[D].大连理工大学，2013.06：12-14

[4]陈晋阳，鄢浩，朱宪.化工热力学的研究性教学实践[J].理工高教研究，2008.6：136-138

[5]戴益民，李潯，张跃飞.基于创新与实践能力培养的化工原理实验研究性教学模式的探索与实践[J].化工高教研究，2012.6：31-34

[6]乐传俊，顾黎萍.有机化学研究性教学的点滴实践[J].化工高等教育，2010.01：56-59

[7]蒋阳，陶珍东.粉体工程[M].武汉理工大学出版社，2008.12

作者简介：

陈远道（1970-）男，副教授，主要从事高校化学教学管理。